EP2676349A1 - Ladegerät für einen akkumulator - Google Patents

Ladegerät für einen akkumulator

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EP2676349A1
EP2676349A1 EP12700616.1A EP12700616A EP2676349A1 EP 2676349 A1 EP2676349 A1 EP 2676349A1 EP 12700616 A EP12700616 A EP 12700616A EP 2676349 A1 EP2676349 A1 EP 2676349A1
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EP
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voltage
battery cell
switch
charger according
voltage value
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EP12700616.1A
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EP2676349B1 (de
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Harald Budzen
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SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/50—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries acting upon multiple batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/52—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries acting upon multiple batteries simultaneously or sequentially for charge balancing, e.g. equalisation of charge between batteries
    • H02J7/54—Passive balancing, e.g. using resistors or parallel MOSFETs
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • H02J7/82—Control of state of charge [SOC]

Definitions

  • the invention relates to a charger for a rechargeable battery.
  • energy storage devices have battery cells connected in series, with the energy storage device being common to charge the energy storage device
  • the invention is therefore the object of developing a charger for an accumulator, the environmental protection should be improved.
  • the charger for an accumulator which has serially connected Akkuzellen, is provided with an arrangement for controlling the charging current for a battery cell, the arrangement having a controllable switch, with which the charging current at the Battery cell is adoptedleitbar, in particular as a bypass current, wherein a means for comparing a first, the voltage applied to the battery cell voltage value is provided with a reference voltage value whose output signal is supplied to the controllable switch and also a galvanically isolated signaling channel, via which an analog value is transferable.
  • each battery cell such an arrangement for bypass current management can be assigned. In this way, the charging current to the battery cell can be guided when it is charged.
  • the battery cell is protectable from overcharging and thus extends the life, which improves the environment by the thus caused lower material consumption.
  • the charging voltage or battery voltage is compared with a critical value, which would result in overcharging.
  • it is compared with a nominal voltage, below which the charging current in the battery cell and when exceeded the charging current is passed to the battery cell.
  • a means for comparing a second, the voltage applied to the battery cell voltage value is provided with a critical voltage value whose output signal is a galvanically isolated
  • the first and the second voltage value are generated by a voltage divider which can be fine-tuned, in particular by
  • Overvoltage can be specified in a simple manner. In particular, only a single one has to
  • Fine-tuning and not two fine-tuning are fine-tuning and not two fine-tuning.
  • the signaling channels form an analog two-wire signaling bus, in particular so are guided on a same bus channel.
  • the advantage here is that a little complicated message bus is created, the state of charge can be represented by the effective made by the respective arrangement on the bus resistance The higher-level control is thus able to determine the state of charge from the total resistance on the bus and according to the Control charging current.
  • a resistor is applied between the two lines of the two-wire bus, in particular by means of a galvanically separated switch, in particular an optocoupler.
  • the switch is thermally conductively connected to such a large heat sink, that the bypass current is permanently and interrupted, in particular more than an hour, can be derived by the switch.
  • the advantage here is that a powerful switch is used.
  • a metallic surface of a printed circuit board, on which the switch is equipped acts as a heat sink for the switch.
  • the advantage here is that no additional heat sink is necessary.
  • Important features in the arrangement for deriving charging current of a battery cell of an energy store, in particular balancer circuit, by a controllable switch are that a means for comparing a first, the voltage applied to the battery cell voltage value with a reference voltage value
  • the Aüsgangssignal as a drive signal to the controllable switch and also a galvanically isolated signaling channel, via which an analog value can be transmitted.
  • each battery cell a Balancerscnies is assigned.
  • Another advantage is that the Balancerscnies is not to address and thus a small
  • FIG. 1 shows a balancing circuit for a battery cell.
  • the positive pole and the negative pole of the battery cell are connected on the input side to the balancer circuit.
  • the input side of the balancer circuit can be short-circuited by means of the switch S1 via the diode D1.
  • the switch is designed as a power semiconductor switch, which is connected to a sufficiently large heat sink, so that even with a short-circuited switch, the flowing charging current causes no destruction of the switch.
  • the energy store has a total of a plurality of battery cells connected in series, which in each case a balancer circuit according to Figure 1 is connected in parallel.
  • Voltage divider (R1, R3, R4, R5) is arranged, wherein the resistor R1 is fine-tuned by a resistor R2 connected in parallel, so that the desired
  • Voltage division is achieved with high accuracy.
  • the voltage divider generates two voltages which are kept apart from one another by a voltage difference substantially determined by R4. Thus, if the resistance of the parallel connection of R1 and R2 is changed during the fine adjustment, the two output voltages of the voltage divider change, but the voltage difference between them remains essentially the same.
  • the first of the generated voltages is supplied to a comparator OP1, which compares these with a reference voltage generated by a reference voltage generating means 2.
  • This means 2 is preferably designed temperature-compensated, so that the reference voltage is generated substantially independently of the ambient temperature of the means 2.
  • the output signal is also supplied to an optocoupler from the comparator OP1, the otherwise an inhibited resistor R7 between the lines X1 / 1 and X2 / 2 Zweileiterbusses, so two-wire bus, take effect, in particular so this connects, so that the resistance with his The first connection is connected to line X1 / 1 and connected to its second connection on line X1 / 2.
  • the other balancer circuits are designed according to the one shown in FIG.
  • their resistors R7 are also effectively feasible in a corresponding manner by means of corresponding optocouplers OP2.
  • all first connections are connected by means of the line X1 / 1, and all second connections by means of the line X1 / 2.
  • the resistors are connected in parallel and the effective resistance between the two lines is getting smaller the more battery cells are charged.
  • a voltage between the lines X1 / 1 and X1 / 2 can be applied and thus driven current value in Zweileiterbus (X1 / 1, X1 / 2) detectable. From the current value, a state of charge can be determined.
  • the second of the generated voltages preferably the lower of the generated ones
  • Voltages are supplied to a comparator OP2 which compares them with the reference voltage generated by the reference voltage generating means 2.
  • a reaching of a critical voltage value can be detected and, when exceeded, instead of an otherwise generated LOW signal, a high signal is generated, which is passed to an optocoupler which electrically isolates this signal to a two-wire bus, which lines X1 / 1 and X2 / 2, passes.
  • an optocoupler which electrically isolates this signal to a two-wire bus, which lines X1 / 1 and X2 / 2, passes.
  • FIG. 1 when a high signal is applied to the primary side of the optocoupler, a LOW signal is relayed to the secondary side, in that the lines X1 / 1 and X2 / 2 of the two-wire bus are short-circuited.
  • this relaying can be carried out in an analogous manner with little effort, for which purpose a voltage is applied between the two lines of the two-wire bus and the thus caused current value in the two-wire bus is determined. Above a first critical current value, a short circuit is detected. Below this critical value, the current value corresponds to the state of charge of the energy store.
  • a means 1 for undervoltage detection is arranged so that in case of failure of the input side Akkuzellschreib or falls below a critical
  • FIG. 2 shows in more detail how the two-line bus summarizes the messages of the balancer circuits in an analogous manner and makes them detectable:
  • a constant supply voltage of, for example, 10 volts is applied, wherein a current-limiting resistor R20
  • the comparison means 21 is thus detected by arrangement of Figure 2 by the voltage applied to the comparison means, whether one, two or more Balancerscillesen the respective resistor R7 have made effective or a short circuit, so the fault message, or no Balancerscnies is active.
  • the higher-level unit therefore does not detect any current. in Zweileiterbus but divided depending on the number of resistors R7 made effective voltage.
  • the comparison means 21 can also be realized as an analog voltage input of an A / D converter, in which case the applied voltage is compared with critical analog values.
  • the resistors of the balancer circuits can also be connected in series by connecting a respective X 1/1 terminal of a balancer circuit to the X1 / 2 terminal of a next-following balancer circuit.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Ladegerät für einen Akkumulator, welcher in Reihe geschaltete Akkuzellen aufweist, mit Anordnung zur Steuerung des Ladestroms für eine Akkuzelle, wobei die Anordnung einen steuerbaren Schalter aufweist, mit welchem der Ladestrom an der Akkuzelle vorbeileitbar ist, insbesondere als Bypassstrom, wobei ein Mittel zum Vergleichen eines ersten, der an der Akkuzelle anliegenden Spannung entsprechenden Spannungswertes mit einem Referenzspannungswert vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal als Ansteuersignal dem steuerbaren Schalter zugeleitet wird und außerdem einem galvanisch getrennten Meldekanal, über welchen ein Analogwert übermittelbar ist.

Description

Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Ladegerät für einen Akkumulator.
Es ist allgemein bekannt, dass Energiespeicher in Reihe geschaltete Akkuzellen aufweisen, wobei zum Aufladen des Energiespeichers dem Energiespeicher ein gemeinsamer
Ladestrom zugeführt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ladegerät für einen Akkumulator weiterzubilden, wobei der Umweltschutz verbessert sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Ladegerät nach den in Anspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Ladegerät sind, dass das Ladegerät für einen Akkumulator, welcher in Reihe geschaltete Akkuzellen aufweist, mit einer Anordnung zur Steuerung des Ladestroms für eine Akkuzelle vorgesehen ist, wobei die Anordnung einen steuerbaren Schalter aufweist, mit welchem der Ladestrom an der Akkuzelle vorbeileitbar ist, insbesondere als Bypassstrom, wobei ein Mittel zum Vergleichen eines ersten, der an der Akkuzelle anliegenden Spannung entsprechenden Spannungswertes mit einem Referenzspannungswert vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal als Ansteuersignal dem steuerbaren Schalter zugeleitet wird und außerdem einem galvanisch getrennten Meldekanal, über welchen ein Analogwert übermittelbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass jeder Akkuzelle eine solche Anordnung zur Bypass-Stromführung zuordenbar ist. Auf diese Weise ist der Ladestrom an der Akkuzelle vorbeiführbar, wenn diese aufgeladen ist. Somit ist die Akkuzelle schützbar vor Überladung und somit die Standzeit verlängert, was durch den so bewirkten geringeren Materialverbrauch den Umweltschutz verbessert.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Insbesondere wird die Ladespannung beziehungsweise Akkuzellenspannung mit einem kritischen Wert verglichen, der eine Überladung zur Folge hätte. Außerdem wird sie mit einer Sollspannung verglichen, bei deren Unterschreiten der Ladestrom in die Akkuzelle und bei deren Überschreiten der Ladestrom an der Akkuzelle vorbeigeführt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Mittel zum Vergleichen eines zweiten, der an der Akkuzelle anliegenden Spannung entsprechenden Spannungswertes mit einem kritischen Spannungswert vorgesehen, dessen Ausgangssignal einem galvanisch getrennten
Meldekanal zugeführt wird, über den ein analoger Wert übermittelbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass einer übergeordneten Steuerung das Überschreiten einer kritischen
Akkuzellenspannung gemeldet wird, so dass der Ladevorgang in diesem Fehlerfall stoppbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste und der zweite Spannungswert von einem Spannungsteiler erzeugt, der feinabgleichbar ist, insbesondere durch
Parallelschaltung zweier Widerstände, insbesondere wobei beim Feinabgleich die Spannungsdifferenz zwischen erstem und zweitem Spannungswert im Wesentlichen konstant bleibt. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des Feinabgleichs die Sollspannung und die kritische Spannung justierbar sind, wobei der Spannungsabstand zwischen den beiden Spannungen konstant bleibt. Somit ist eine
Akkuzellentypische Spannungsdifferenz zwischen Sollspannung und kritischer
Überspannung in einfacher Weise vorgebbar. Insbesondere muss nur ein einziger
Feinabgleich ausgeführt werden und nicht zwei Feinabgleiche.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden die Meldekanäle einen analogen Zweileiter- Meldebus, insbesondere also auf einem selben Buskanal geführt sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein wenig aufwendiger Meldebus geschaffen ist, wobei der Ladezustand durch den von der jeweiligen Anordnung am Bus wirksam gemachten Widerstand abbildbar ist Die übergeordnete Steuerung ist also in der Lage, aus dem Gesamtwiderstand am Bus den Ladezustand zu bestimmen und entsprechend den Ladestrom zu steuern.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei Ausfall der Spannung an der Akkuzelle oder bei Unterschreiten eines kritischen Spannungsbetrages der an der Akkuzelle anliegenden Spannung die Versorgung der Mittel zum Vergleichen derart unterbrochen, dass die beiden Leitungen des Zweileitermeldebusses nicht kurzgeschlossen werden und auch kein im Wesentlichen endlicher Widerstand zwischen ihnen angelegt wird. Von Vorteil ist dabei, dass bei Ausfall der Ladespannung keine Fehlmeldung über den Zweileiterbus gemeldet wird, da das Wirksammachen eines Widerstandes oder einer Verbindung zwischen den Leitungen des Meldebusses verhinderbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden bei Überschreiten des kritischen
Spanungswertes die beiden Leitungen des Zweileiterbusses kurzgeschlossen, insbesondere mittels eines galvanisch getrennt angeordneten Schalter, insbesondere eines Optokopplers. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des Kurzschließens, also Verbindens, der Leitungen des Zweileiterbusses ein störzustand weitermeldbar ist an die übergeordnete Steuerung, von der daraufhin der Ladestrom unterbrechbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei Überschreiten des kritischen Referenz- Spanungswertes zwischen den beiden Leitungen des Zweileiterbusses ein Widerstand angelegt, insbesondere mittels eines galvanisch getrennt angeordneten Schalter, insbesondere eines Optokopplers. Von Vorteil ist dabei, dass eine Überspannung
weitermeldbar ist über den Bus in einfacher Weise.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schalter mit einem derart großen Kühlkörper wärmeleitend verbunden, dass der Bypassstrom dauerhaft und unterbrochen, insbesondere mehr als eine Stunde, durch den Schalter ableitbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein leistungsfähiger Schalter verwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung fungiert eine metallische Fläche einer Leiterplatte, auf welcher der Schalter bestückt ist, als Kühlkörper für den Schalter. Von Vorteil ist dabei, dass kein zusätzlicher Kühlkörper notwendig ist. Wichtige Merkmale bei der Anordnung zur Ableitung von Ladestrom einer Akkuzelle eines Energiespeichers, insbesondere Balancerschaltung, durch einen steuerbaren Schalter sind, dass ein Mittel zum Vergleichen eines ersten, der an der Akkuzelle anliegenden Spannung entsprechenden Spannungswertes mit einem Referenzspannungswert
vorgesehen ist, dessen Aüsgangssignal als Ansteuersignal dem steuerbaren Schalter zugeleitet wird und außerdem einem galvanisch getrennten Meldekanal, über welchen ein Analogwert übermittelbar ist.
Von Vorteil ist dabei, dass jeder Akkuzelle eine Balancerschaltung zuordenbar ist. Von Vorteil ist auch, dass die Balancerschaltung nicht zu adressieren ist und somit ein geringer
Inbetriebnahmeaufwand, insbesondere kein Aufwand für Software oder Adressierung bei der jeweiligen Balancerschaltung.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist eine Balancerschaltung für eine Akkuzelle gezeigt. Dabei wird der Pluspol und der Minuspol der Akkuzelle eingangsseitig mit der Balancerschaltung verbunden.
Die Eingangsseite der Balancerschaltung ist mittels des Schalters S1 über die Diode D1 kürzschließbar. Der Schalter ist dabei als Leistungshalbleiterschalter ausgeführt, welcher mit einem genügend großen Kühlkörper verbunden ist, so dass auch bei kurzgeschlossenem Schalter der fließende Ladestrom keine Zerstörung des Schalters bewirkt.
Der Energiespeicher weist insgesamt mehrere in Reihe geschaltete Akkuzellen auf, welcher jeweils eine Balancerschaltung nach Figur 1 parallel zugeschaltet ist. Somit ist nach Aufladen einer Akkuzelle auf den gewünschten Ladezustand der Schalter S1 schließbar, wodurch der Ladestrom an der Akkuzelle vorbeigeleitet wird und diese somit geschützt ist.
Zur Bestimmung des Erreichens des gewünschten Ladezustandes uns somit des Erreichens beziehungsweise Überschreitens der Ladesollspannung ist eingangsseitig ein
Spannungsteiler (R1 , R3, R4, R5) angeordnet, wobei der Widerstand R1 durch einen parallel zugeschalteten Widerstand R2 feinabgleichbar ist, so dass die gewünschte
Spannungsteilung hochgenau erreichbar ist. Der Spannungsteiler erzeugt zwei Spannungen, die in einem durch R4 wesentlich bestimmten Spannungsabstand voneinander gehalten werden. Wenn also beim Feinabgleich der Widerstand der Parallelschaltung von R1 und R2 verändert wird, ändern sich zwar die beiden Ausgangsspannungen des Spannungsteilers, jedoch bleibt die Spannungsdifferenz zwischen beiden im Wesentlichen gleich.
Die erste der erzeugten Spannungen, vorzugsweise die höhere der erzeugten Spannungen, wird einem Vergleicher OP1 zugeführt, der diese mit einer Referenzspannung vergleicht, welche von einem Mittel 2 zur Erzeugung einer Referenzspannung erzeugt wird. Dieses Mittel 2 ist vorzugsweise temperaturkompensiert ausgeführt, so dass die Referenzspannung im Wesentlichen unabhängig von der Umgebungstemperatur des Mittels 2 erzeugt wird. Somit ist mittels des Vergleichers OP1 ein Erreichen der Soll-Ladespannung detektierbar und bei Überschreiten wird der Schalter S1 vom Vergleicher 0P1 derart angesteuert, dass der Schalter S1 kurzgeschlossen wird.
Außerdem wird vom Vergleicher OP1 das Ausgangssignal auch einem Optokoppler zugeleitet, der einen ansonsten gesperrten Widerstand R7 zwischen den Leitungen X1/1 und X2/2 eines Zweileiterbusses, also Zweidrahtbusses, wirksam werden lässt, insbesondere diesen also verbindet, so dass der Widerstand also mit seinem ersten Anschluss an der Leitung X1/1 angeschlossen und mit seinem zweiten Anschluss an der Leitung X1/2 angeschlossen ist.
Die weiteren Balancerschaltungen sind entsprechend der in Figur 1 gezeigten ausgeführt. Somit sind auch deren Widerstände R7 in entsprechender Weise wirksam machbar mittels entsprechender Optokoppler OP2. Hierzu sind bei einem ersten Ausführungsbeispiel alle ersten Anschlüsse mittels der Leitung X1/1 verbunden und alle zweiten Anschlüsse mittels der Leitung X1/2.
Insgesamt sind also die Widerstände parallel zuschaltbar und der zwischen den beiden Leitungen wirksame Widerstand wird immer kleiner je mehr Akkuzellen aufgeladen sind. Auf diese Weise ist von einer übergeordneten Einheit, wie Steuerung oder dergleichen, eine Spannung zwischen den Leitungen X1/1 und X1/2 anlegbar und der somit angetriebene Stromwert im Zweileiterbus (X1/1 , X1/2) erfassbar. Aus dem Stromwert ist ein Ladezustand bestimmbar. Die zweite der erzeugten Spannungen, vorzugsweise die niedrigere der erzeugten
Spannungen wird einem Vergleicher OP2 zugeführt, der diese mit der Referenzspannung vergleicht, welche von dem Mittel 2 zur Erzeugung einer Referenzspannung erzeugt wird. Somit ist mittels des Vergleichers OP2 ein Erreichen eines kritischen Spannungswertes detektierbar und bei Überschreiten wird statt eines ansonsten erzeugten LOW-Signales ein High-Signal erzeugt, das an einen Optokoppler geleitet wird, der dieses Signal galvanisch getrennt an einen Zweileiter-Bus, welcher die Leitungen X1/1 und X2/2 aufweist, leitet. In Figur 1 wird bei Anliegen eines High-Signals an der Primärseite des Optokopplers ein LOW- Signal an der Sekundärseite weitergemeldet, indem die Leitungen X1/1 und X2/2 des Zweileiterbusses kurzgeschlossen werden. Somit wird einer übergeordneten Steuerung weitergemeldet, dass bei einer der Balancerschaltungen beziehungsweise der jeweiligen zugeordneten Akkuzelle des Energiespeichers ein Störzustand erreicht ist. Somit ist dann der Ladevorgang unterbrechbar und eine Warnung herausgebbar.
Dabei ist dieses Weitermelden in analoger Weise mit geringem Aufwand ausführbar, wozu zwischen den beiden Leitungen des Zweileiterbusses eine Spannung angelegt wird und der somit bewirkte Stromwert im Zweileiterbus bestimmt wird. Oberhalb eines ersten kritischen Stromwertes ist ein Kurzschluss detektiert. Unterhalb dieses kritischen Wertes entspricht der Stromwert dem Ladezustand des Energiespeichers. In Figur 1 ist auch ein Mittel 1 zur Unterspannungserkennung angeordnet, so dass bei Ausfall der eingangsseitigen Akkuzellspannung oder bei Unterschreiten eines kritischen
Mindestwertes an Akkuzellspannung ein Schalter S2 geöffnet wird, welcher zur Versorgung des OP1 und/oder OP2 dient. Somit ist kein Störsignal generierbar und es ist auch kein Widerstand R7 wirksam. Außerdem kann der Schalter S1 nicht mehr angesteuert werden, ist also offen. Die Balancerschaltung schützt sich also selbst gegen Tiefentladung. Darüber hinaus schaltet die Balancerschaltung im Fall einer fehlerhaften Ansteuerung des S1 die Balancerschaltung sich in den Aussetzbetrieb.
In Figur 2 ist näher gezeigt, wie der Zweileiterbus die Meldungen der Balancerschaltungen in analoger Weise zusammenfasst und erfassbar macht:
Dabei sind beispielhaft zwei der bis zu hundert oder mehr Balancerschaltungen B1 und B2 gezeigt, wobei jeweils nur die Schalter der Sekundärseite der Optokoppler gezeigt sind und der wirksam machbare Kurzschluss beziehungsweise Widerstand R7. Jede der
Balancerschaltungen ist gemäß Figur 1 aufgebaut.
Zwischen den Leitungen X1/1 und X1/2 wird eine Konstante Versorgungsspannung von beispielsweise 10 Volt angelegt, wobei ein strombegrenzender Widerstand R20
eingangsseitig vorgesehen ist.
Mittels des Vergleichsmittels 21 ist durch Anordnung nach Figur 2 somit detektierbar durch die am Vergleichsmittel anliegende Spannung, ob eine, zwei oder mehr Balancerschaltungen den jeweiligen Widerstand R7 wirksam gemacht haben oder einen Kurzschluss, also die Störmeldung, oder keine Balancerschaltung aktiv ist. Die übergeordnete Einheit detektiert also keinen Strom. im Zweileiterbus sondern eine abhängig von der Anzahl der wirksam gemachten Widerstände R7 herabgeteilte Spannung. Das Vergleichsmittel 21 ist auch als Analogspannungseingang eines A/D-Wandlers realisierbar, wobei dann die angelegte Spannung mit kritischen Analogwerten verglichen wird.
Auf diese Weise ist auch dieser Zustand gemeldet an die übergeordnete Einheit, insbesondere in analoger Weise. Alternativ sind auch die Widerstände der Balancerschaltungen in Reihe schaltbar, indem ein jeweiliger X 1/1 -Anschluss einer Balancerschaltung mit dem X1/2 Anschluss einer nächst nachfolgenden Balancerschaltung verbunden ist.
Bezugszeichenliste
1 Mittel zur Unterspannungserkennung
2 Mittel zur Erzeugung einer Referenzspannung 21 Vergleichsmittel
51 Schalter
52 Schalter
D1 Diode
R1 Widerstand
R2 Widerstand
R3 Widerstand
R4 Widerstand
R5 Widerstand
R6 Widerstand
R7 Widerstand
R8 Widerstand
R20 Widerstand
OP1 Vergleichsmittel
OP2 Vergleichsmittel X1/1 Leitung des Zweiieiter-Analog-Busses X1/2 Leitung des Zweiieiter-Analog-Busses
B1 Balancerschaltung
B2 Balancerschaltung

Claims

Patentansprüche:
1. Ladegerät für einen Akkumulator, welcher in Reihe geschaltete Akkuzellen aufweist, mit Anordnung zur Steuerung des Ladestroms für eine Akkuzelle, wobei die Anordnung einen steuerbaren Schalter aufweist, mit welchem der Ladestrom an der Akkuzelle vorbeileitbar ist, insbesondere als Bypassstrom, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum Vergleichen eines ersten, der an der Akkuzelle anliegenden Spannung entsprechenden Spannungswertes mit einem Referenzspaniiungswert vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal als Ansteuersignal dem steuerbaren Schalter zugeleitet wird und außerdem einem galvanisch getrennten Meldekanal, über welchen ein Analogwert übermittelbar ist.
2. Ladegerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels des steuerbaren Schalters die Akkuzellenspannung direkt kurzschließbar ist, insbesondere die Pole der Akkuzelle direkt über den steuerbaren Schalter miteinander verbindbar sind.
3. Ladegerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Mittel zum Vergleichen eines zweiten, der an der Akkuzelle anliegenden Spannung entsprechenden Spannungswertes mit einem kritischen Spannungswert vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einem galvanisch getrennten Meldekanal zugeführt wird, über den ein analoger Wert übermittelbar ist.
4. Ladegerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste und der zweite Spannungswert von einem Spannungsteiler erzeugt sind, der feinabgleichbar ist, insbesondere durch Parallelschaltung zweier Widerstände, insbesondere wobei beim Feinabgleich die Spannungsdifferenz zwischen ersten und zweitem Spannungswert im Wesentlichen konstant bleibt.
5. Ladegerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Meldekanäle einen analogen Zweileiter-Meldebus bilden, insbesondere also auf einem selben Buskanal geführt sind, insbesondere wobei der Meldebus zu einer übergeordneten Steuerung führt und mehrere gleichartig aufgebaute Anordnungen verbindet.
6. Ladegerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Anordnung bei Ausfall der Spannung an der Akkuzelle oder bei Unterschreiten eines kritischen Spannungsbetrages der an der Akkuzelle anliegenden Spannung die Versorgung der Mittel zum Vergleichen derart unterbrochen wird, dass die beiden Leitungen des
Zweileitermeldebusses nicht kurzgeschlossen werden und auch kein im Wesentlichen endlicher Widerstand zwischen ihnen angelegt wird.
7. Ladegerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Anordnung bei Überschreiten des kritiscnen öpanungswertes die beiden Leitungen des Zweileiterbusses kurzgeschlossen werden, insbesondere mittels eines galvanisch getrennt angeordneten Schalter, insbesondere eines Optokopplers.
8. Ladegerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der Anordnung bei Überschreiten des kritischen Referenz-Spanungswertes zwischen den beiden Leitungen des Zweileiterbusses ein Widerstand angelegt wird, insbesondere mittels eines galvanisch getrennt angeordneten Schalter, insbesondere eines Optokopplers.
9. Ladegerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schalter mit einem derart großen Kühlkörper wärmeleitend verbunden ist, dass der Bypassstrom dauerhaft und ununterbrochen, insbesondere mehr als eine Stunde, durch den Schalter ableitbar ist. 0. Ladegerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine metallische Fläche einer Leiterplatte, auf welcher der Schalter bestückt ist, als
Kühlkörper für den Schalter fungiert.
11. Ladegerät nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine übergeordnete Steuerung die von der jeweiligen Anordnung wirksam gemachten, über den Zweileiterbus zusammengeschalteten Widerstände, insbesondere parallel oder in Reihe zusammengeschalteten Widerstände detektiert und daraus den Ladezustand des
Energiespeichers bestimmt und/oder davon abhängig den Ladestrom steuert.
12. Anordnung zur Ableitung von Ladestrom einer Akkuzelle eines Energiespeichers, insbesondere Balancerschaltung, durch einen steuerbaren Schalter,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Mittel zum Vergleichen eines ersten, der an der Akkuzelle anliegenden Spannung entsprechenden Spannungswertes mit einem Referenzspannungswert vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal als Ansteuersignal dem steuerbaren Schalter zugeleitet wird und außerdem einem galvanisch getrennten Meldekanal, über welchen ein Analogwert übermittelbar ist.
EP12700616.1A 2011-02-16 2012-01-18 Ladegerät für einen akkumulator Active EP2676349B1 (de)

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